基于LabVIEW的养殖业智能检测系统

王园园, 张娜

(商洛学院 电子信息与电气工程学院， 商洛 726000)

0 引言

我国禽畜养殖数量居于世界前列，但市场竞争力较弱，我国的养殖业正向规模化和标准化转变。影响养殖业的因素有很多，其中环境因素比重高达30%，环境因素包括温度、湿度、光照、氨气浓度、二氧化碳浓度等，环境因素的不稳定严重影响动物的生长、发育以及疫病。如果单纯依靠传统人力检测环境，无法达到规模化的养殖目的[1、2]。利用物联网的概念，利用传感器自动采集养殖场的环境参数，并设置上位机通过远程软件检测控制养殖场环境，设计相关指标进行养殖场环境控制，可以很好的解决这一问题。

1 系统工作原理

整个系统包括系统包括网络用户界面、计算机上位机控制界面和硬件系统。系统结构框图如图1所示。

硬件部分包括环境参数采集和继电器控制两个模块，其中环境参数采集部分，参考《中国农牧家禽行业智慧养殖白皮书》，选择对养殖环境影响最大的温湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度、光照强度等参数，为控制粪便清理装置，另对粪便进行称重。采集的结果通过串口通信传输给计算机，计算机中利用LabVIEW程序设计上位机进行环境参数的读取并进行显示，根据饲养环境的要求设置参数，设置报警系统，当环境参数超过预先设定的范围时，通过串口给单片机传递信息，进而控制继电器来打开相应的执行机构(日光灯、风机、遮光帘、喷淋器、处分装置等)，来进行相应的参数的补偿，直到该参数恢复到规定的范围内，则停止该执行机构的运行。

图1 系统结构框图

通过LabVIEW的WEB发布工具将上位机程序进行网络发布，用户可以通过网络登录用户登录界面，实现远距离的饲养环境监控。

2 单片机控制电路设计

系统硬件部分以单片机为核心，实现对养殖设备的控制。系统硬件部分由数据采集模块、自动控制系统和通信接口三部分组成。其中数据采集模块能进行养殖场内温湿度、氨气、二氧化碳浓度的采集，采集的结果传输给控制模块，控制模块进行数据变换后通过通信模块传输给计算机。计算机中上位机进行数据分析后返回控制信息给单片机，单片机控制继电器进行养殖场环境的自动调节(加热器、排气扇、喷水设备等)，为动物提供良好的生活环境。硬件部分设置了控制键盘和报警系统，控制键盘可在脱离上位机的情况下进行参数设置，报警系统课在加热器、通风窗等设备失效时进行报警。硬件电路结构图如图2所示。

图2 硬件电路结构图

在单片机程序设计中关于硬件系统与计算机的通信部分，采用系采用主机查询方式，符合标准 MODBUS 协议(RTU 方式)，变送器应答的主从方式查询，字节格式 8 位数据位，无校验，1 位停止位，波特率9 600。例将温度值设置对地址位 01(对应变送器 7 位拨码开为0000001)的变送器直接查询，在串口调试程序中进行如上通讯设置后输入：010300000002C40B即可。

3 LabVIEW控制台设计

LabVIEW利用图像化编程语言，在控制界面设计等方面应用广泛。系统通过LabVIEW软件将实际养殖环境与网络进行连接。系统通信部分利用VISA进行数据采集时[3-4]。先对串口参数进行初始化设置，并进行与下位机的通信程序的加载，因计算机与变送器进行的是交互式通信，故向串口写入数据，通过延迟程序等待变送器的数据应答，读取数据，为实现数据的实时采集，设置while循环，循环结束后停止数据采集。软件平台主要实现环境参数采集、参控控制调节等功能。

以温湿度采集控制为例，打开温度采集按钮，根据实际情况通过面板中的控制旋钮设置温度的最高限和最低限，开始采集温度，前面板显示温度实时曲线，并在超出警告范围时，进行报警，并通过串口给单片机发送信息进行温度控制。变送器按照命令返回的数据是字符串格式，如果采集到的字符串为：01030400730311C40B，则温湿度的有效数据为：0073。本程序采用提取字符串函数，提取从第三字节开始长度为两个字节的子字符串。将其转化为十进制数组，再从数组中提取温度数据：115，对其进行处理转换为温度数据：11.5。温湿度信号采集后面板如图3所示。

养殖检测系统前面板如图4所示。

图3 温湿度检测程序

4 LabVIEW程序网络发布

智能养殖监控界面是基于软件平台搭建的，因此，从网上登录监控界面是通过Internet登录相关服务器，从而对软件平台的调用。传统方式使在办公室和养殖场的电脑上各写一个程序，通过TPC/IP等协议在两台电脑上传递数据。开发这样的程序使比较繁琐的。LabVIEW提供了非常的简便的方式，可以轻松控制远程计算机上的程序。常用的由远程前面板和WEB发布[5]。远程前面板要求服务器和客户端都必须安装相同版本的LabVIEW开发软件，而WEB发布功能可以让一台计算机像浏览网页一样查看和控制运行在另一台计算机上的VI。

首先在服务器上，选择LabVIEW“工具→WEB发布工具”菜单项，在弹出的“WEB发布工具”的配置对话框上选取需要发布的VI，并启动WEB服务器，然后按照提示生成一个WEB发布的VI,LabVIEW为这个VI生成一个html文件，放置在WEB服务器的根目录下[6-7]。只要网络上的其他计算机打开网页浏览器，输入作为WEB服务器的计算机名或IP地址即可进行访问。WEB服务提供出来的功能使运行在服务器上的，在使用WEB服务时，客户机把需要调用的功能，所需要的参数传递给服务器，服务器对其进行处理后把运行功能得到的结果再返回给客户机。

5 总结

测试结果表明，可通过Web浏览器链接到LabVIEW应用程序，实现PC与单片机控制板之间便捷的串口通讯,在网页上对单片机控制板所模拟的养殖设备进行远程的监测和控制。该系统同样适用于其他需进行环境检测的系统。